控制技术基础_项目三_基于PID调节器温度控制系统.ppt

任务描述 项目三 基于PID调节的温度控制系统 设计温度控制系统的PID控制器 控制框图 P——比例作用 I——积分作用 D——微分作用 组合方式：P、PI、PD、PID 前导知识 被控对象 测量变送 控制器 执行器 被控变量 设定值 式中，e——偏差 y0——被控变量的测量值 r——被控变量的给定值 给定输入 实际输出 前导知识 比例控制原理 控制器的输出与偏差信号输入成比例关系 常见的比例环节 比例控制特点 一是动作快，控制器输出几乎与偏差信号同时发生 二是有差控制，系统从一个稳定的状态达到另一个稳定的状态（因为调节机构的位移u与被控量的偏差e有一一对应的关系） 比例（P）控制实例：浮子水位控制 比例（P）控制实例：浮子水位控制 单纯的比例控制器并不能保证温度完全达到期望的温度值，通过反馈调节虽然可以使偏差减小，但是没有办法使偏差最终消除。 结构最简单，只有一个可调节参数，就是比例系数。如果设置过大，会调节过头，容易引起系统输出的振荡；反之，如果比例系数过小，调节作用太弱，系统变化过于缓慢。 单纯的比例控制器特点 KP为比例增益，表征比例控制作用的强弱程度。 比例控制规律对控制过程的影响 比例度δ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 δ越大，比例控制作用越弱， δ越小，比例控制作用越强。 一般表达式： 单元组合仪表中有 比例度(1/Kp)对控制过程的影响 比例度的选择原则: 若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大倍数较小，那么可以选择小的比例度来提高系统的灵敏度，从而使过渡过程曲线的形状较好。反之，为保证系统的稳定性，就要选择大的比例度来保证稳定。 积分控制原理 T i——积分常数，表示积分速度的大小和积分作用的强弱。 常见的积分环节 积分控制特点 无差控制：只要有偏差存在，控制器就会一直调整输出，直到偏差为0 动作过程慢，相当于增加了一个滞后环节，调节过程变慢 对系统稳定性不利 不单独使用，一般与比例控制配合组成PI调节器，相当于粗调和细调结合的过程。 人工操作中的积分控制过程 温度 热量 偏差 控制电压 积分控制的阶跃响应曲线 TI 小 TI 大 比例积分（PI）控制特点 无差控制 比例控制为主,积分控制为辅（仅用于消除稳态误差） 比例、积分作用的参数要相互配合 比例积分（PI）调节器 比例积分（PI）对控制过程的影响 积分常数越大，积分作用越小，反之积分作用越大。 积分时间Ti的定义：在阶跃信号作用下，控制器积分作用的输出等于比例作用的输出所经历的时间。 积分时间常数(Ti)对控制过程的影响 在同样比例度下，积分时间Ti过大时积分作用不明显，余差消除也慢；Ti较小时易于消除余差，但系统的振荡加剧。 积分饱和 积分饱和 定义：如果执行机构已经到极限位置，仍然不能消除静差时，由于积分作用，运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就叫积分饱和。 抗积分饱和措施：限幅法；积分切除法。 理想微分环节方框图及响应曲线 理想微分控制器 在阶跃信号输入的瞬间，控制器的输出为无穷大，其余时间输出为零。 e t0 t0 ∞ t t 微分（D）对控制过程的影响 微分时间 u 输出变化量与输入偏差的变化速度成正比。 理想PD控制器 比例微分（PD）对控制过程的影响 比例微分输出的大小与偏差变化速度及微分时间Ｔd成正比。微分时间越长，微分作用越强。 比例微分（PD）调节器 减小被调量的动态偏差，缩短调节时间。 有超前作用，使偏差消失于萌芽中提供系统稳定性的作用。 微分时间常数(Td)对控制过程的影响 比例微分（PD）对控制过程的影响 优点：能提高系统的响应速度，同时改善过程的动态品质，抑制过渡过程的最大动态偏差，有助于提高系统的稳定性。 不足：不适用于流量、压力等一些变化剧烈的过程。其次，当微分作用太强时会导致系统中的控制阀频繁开启，容易造成系统振荡。 PD控制一般总是以比例动作为主微分动作为辅。 比例作用（P） 比例积分作用（PI） 比例微分作用（PD） 比例积分微分作用（PID） KP—控制器的比例增益； TI—控制器的积分时间； TD—控制器的微分时间 控制规律的表示形式 各种调节方法的输出特性曲线 积分调节 比例积分调节 微分调节 比例微分调节 比例积分微分（PID）调节器 在偏差开始出现的初期，微分作用起主要作用，以阻止或防止大偏差的出现； 随着偏差与控制作用的持续，微分作用逐渐消失，积分作用逐渐增强，以减少或消除最后的余差； 在偏差产生、持续、消减全过程中，